日前，中國科學技術大學中科院量子信息重點實驗室任希鋒研究組與浙江大學科學家合作，首次研制成功硅基導模量子集成芯片，實現單光子態和量子糾纏態在偏振、路徑、波導模式等不同自由度之間的相干轉換，其干涉可見度均超過90%，為集成量子光學芯片上光子多個自由度的操縱和轉換提供重要實驗依據。研究成果6月20日發表在著名期刊《自然·通訊》上。

　　與自由空間光學、光纖光學相比，集成光學的器件及系統具有尺寸小、可擴展、功耗低、穩定性高等諸多優點。在過去集成量子光學芯片研究中，人們通常采用偏振自由度或路徑自由度，即利用不同偏振或不同路徑來實現量子信息編碼。其中，偏振編碼僅能實現二維量子信息過程，無法實現高維編碼，因而在信息容量和安全性方面存在明顯不足；路徑編碼雖然可實現高維量子信息過程，但為了防止不同路徑信息之間的串擾，其路徑間距通常較大，極大地制約了量子光學芯片集成度的提升和功能擴展。

　　任希鋒研究組與合作者在硅光子集成芯片研制上，首次利用硅納米光波導本征模式作為量子信息編碼的新維度，利用一條支持多個波導模式的多模波導實現量子信息高維編碼，有效避免了信息串擾問題，同時利用光子的多個自由度顯著提升信息容量。他們還利用新型硅基片上模式轉化器和模式復用器，成功實現偏振、路徑和波導模式自由度之間的任意相干轉換，單光子和雙光子的干涉可見度均超過90%，充分展示了在集成量子光學芯片中同時操縱多個自由度的可能性，為實現集成量子光學芯片中高維量子信息過程奠定重要基礎。